Ảnh hưởng của điều kiện chế tạo lên sự hình thành tinh thể bi2te3 bằng phương pháp lắng đọng điện hóa

Sơ đồ của máy phát nhiệt điện vi mô có thể được sử dụng để chuyển đổi nhiệt thải thành điện năng để điều khiển một con chip điện tử Fleurial JP và cộng sự, 2002[5].. Sơ đồ của máy phát n

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHIỆT ĐIỆN 5

1.1 Hiện tượng và hiệu ứng nhiệt điện 5

1.1.1 Hiệu ứng Seebeck 5

1.1.2 Hiệu ứng Peltier 7

1.1.3 Hiệu ứng Thomson 7

1.2 Các tính chất nhiệt điện cơ bản 8

1.2.1 Độ dẫn điện (σ) 8

1.2.2 Hệ số dẫn nhiệt (κ) 9

1.2.3 Hệ số Seebeck (S) 10

1.2.4 Nhiệt độ trung hòa và sự đảo ngược nhiệt độ 10

1.2.5 Hệ số phẩm chất (Figure of Merit) 11

1.2.6 Năng lượng nhiệt 12

1.3 Một số lý thuyết về nhiệt điện 12

1.4 Ứng dụng của máy nhiệt điện .13

1.5 Các loại vật liệu nhiệt điện 17

1.5.1 Vật liệu nhiệt điện kinh điển 18

1.5.2 Vật liệu Bi2Te3 19

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 23

2.1 Phương pháp Vol-Ampe vòng (Cyclic Voltammetry - CV) 23

2.2.1 Phương pháp bốc bay chân không 26

2.2.2 Phương pháp chế tạo màng bằng phún xạ catot (Cathode Sputtering) 27

2.2.3 Phương pháp chế tạo màng bằng lắng đọng điện hóa 27

2.3 Các phương pháp phân tích mẫu 30

2.3.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 30

2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Ảnh hưởng của điều kiện lắng đọng lên màng Bi2Te3……… 37

3.1.1 Ảnh hưởng của dung môi hòa tan 35

3.1.2 Các loại điện cực 36

3.2 Kết quả đo Vol-Ampe vòng (CV) 36

3.2.1 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của Ethylene glycol (EG) .36

3.2.2 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 38

3.2.3 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 .41

3.2.4 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 và 0,05 M TeCl4 .44

3.3 Kết quả tạo màng 47

KẾT LUẬN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

Các ký hiệu & từ viết tắt

θi: Nhiệt độ đảo ngược

θn: Nhiệt độ trung hòa

κ: Hệ số dẫn nhiệt

μ: Hệ số Thomson

ρ: Điện trở suất

Danh mục hình vẽ

Hình 1.1 Sơ đồ cặp nhiệt điện 5

Hình 1.2 Mô hình hiệu ứng Thomson 8

Hình 1.3 Parabol sự biến đổi của suất điện động với gradient nhiệt độ 11

Hình 1.4 Ảnh của một máy phát nhiệt điện sản xuất năng lượng (Weiling L và cộng sự., 2004) [23] 14

Hình 1.5 Ảnh của một máy phát nhiệt điện sản xuất bởi Trung tâm bảo tồn năng lượng Nhật Bản (the Japanese Energy Conservation Centre), sử dụng nhiệt thải là nguồn năng lượng để tạo ra mật độ điện 100 kW/m3 (Weiling và cộng sự., 2004) [23] 15

Hình 1.6 Hình thu nhỏ của máy phát điện (Basel Ismail và cộng sự, 2009)[8] 16

Hình 1.7 Sơ đồ của máy phát nhiệt điện vi mô có thể được sử dụng để chuyển đổi nhiệt thải thành điện năng để điều khiển một con chip điện tử (Fleurial JP và cộng sự, 2002)[5] 16

Hình 1.8 Sơ đồ của máy phát nhiệt điện vi mô có thể được sử dụng để chuyển đổi nhiệt thải thành điện năng để điều khiển một con chip điện tử (Glatz W và cộng sự, 2006)[6] 17

Hình 1.9 Mô tả sự phát triển của ZT theo thời gian Vật liệu nhiệt điện làm mát được thể hiện bằng dấu chấm màu xanh, vật liệu phát điện thể hiện bằng dấu tam giác đỏ 19

Hình 1.10 Hình dạng và cấu trúc của tinh thể Bi2Te3 (Bi - đỏ; Te – vàng) 21

Hình 1.11 Sơ đồ biểu diễn phương pháp tổng hợp dây nano Bi2Te3 22

Hình 2.1 Mô hình tổng quan của thí nghiệm CV……… 23

Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn quan hệ dòng-thế trong quá trình khử 24

Hình 2.3 Đồ thị biểu diễn quan hệ dòng-thế trong quét thế vòng 25

Hình 2.4 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của dung dịch H2SeO3 nồng độ 20 mM 25

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lí hệ bốc bay chân không 26

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm lắng đọng điện hóa tạo màng Bi2Te3. 29

Hình 2.7 Thiết bị lắng đọng điện hóa 30

Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo của một kính hiển vi điện tử quét 31

Hình 2.9 Thiết bị SEM Jeol 5410 LV tại Đại học Quốc Gia Hà Nội 32

Hình 2.10 Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động của phương pháp nhiễu xạ tia X 33

Hình 3.1 Dung dịch Bi(NO3)3 kết tủa khi hòa với nước cất……… 35

Hình 3.2 Đặc trưng Vol–Ampe vòng của EG (C2H6O2) 37

Hình 3.3 Đặc trưng Vol–Ampe vòng của EG (C2H6O2) chứa 0,05 M LiClO4 38

Hình 3.4 Đặc trưng Vol–Ampe vòng của EG (C2H6O2) chứa 0,05 M Bi(NO3)3 38 Hình 3.5 Đặc trưng Vol–Ampe vòng của EG (C2H6O2) chứa 0,05 M Bi(NO3)3 ở nhiệt độ 50oC 39 Hình 3.6 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 và 0,05 M LiClO4 ở nhiệt độ phòng 40 Hình 3.7 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 và 0,05 M LiClO4 ở nhiệt độ 500C 41 Hình 3.8 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 ở nhiệt

độ phòng 42 Hình 3.9 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 ở nhiệt

độ 500C 42 Hình 3.10 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 và 0,05 M LiClO4 ở nhiệt độ phòng 43 Hình 3.11 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 và 0,05 M LiClO4 ở nhiệt độ 50oC 44 Hình 3.12 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 , 0,05 M TeCl4 và 0,05 M LiClO4 ở nhiệt độ phòng 45 Hình 3.13 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 , 0,05 M TeCl4 và 0,05 M LiClO4 ở nhiệt độ 50oC 46 Hình 3.14 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của các chất 46 Hình 3.15 Màng Bi2Te3 sau khi lắng đọng 47 Hình 3.16 Phổ EDS của màng Bi2Te3 được lắng đọng tại thế - 0,25 V, nhiệt độ

500C trên đế vàng 48 Hình 3.17 Phổ EDS của màng Bi2Te3 được lắng đọng tại thế - 0,25 V, nhiệt độ

700C trên đế vàng 49 Hình 3.18 Phổ nhiễu xạ tia X của màng Bi2Te3 49 Bảng 4.1.Thành phần cấu tạo của màng Bi2Te3 được xác định bằng EDS…… 48

MỞ ĐẦU

Nguồn năng lượng trên Trái Đất không phải là vô tận, các nguồn năng lượng phục vụ chủ yếu cho nhu cầu của con người được khai thác có nguồn gốc từ hóa thạch dạng than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên… đang ngày càng cạn kiệt Thế kỷ 21, thế giới bước vào kỷ nguyên của khoa học kỹ thuật, công nghiệp, công nghệ sinh học… các nguồn năng lượng lại càng trở nên quan trọng Tài nguyên nhiên liệu và năng lượng trở thành nguồn lực cơ bản đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội của các quốc gia, quốc gia nào có nguồn tài nguyên này là cơ sở tiền đề tốt nhất cho đáp ứng cho sự phát triển Đây cũng chính là một trong số những nguyên nhân gây nên tình trạng bất ổn về xã hội và chính trị Điển hình là việc tranh giành các mỏ dầu ở các nước Trung Đông, hay gần đây là việc Trung Quốc đặt giàn khoan HD

981 trái phép trong vùng đặc quyền kinh tế của Việt Nam Bởi vậy các vấn đề về môi trường, khí hậu, năng lượng trở thành mối quan tâm hàng đầu của các nước trên thế giới Đặc biệt là sự nóng lên toàn cầu và sự hạn chế của các nguồn năng lượng đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu tìm hiểu và phát triển các dạng năng lượng mới như: năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân, năng lượng thuỷ triều, gió…những dạng năng lượng bền vững Theo báo cáo đầu tiên về năng lượng sạch toàn cầu, Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA) nhận định, thế giới đã đạt được thành công đầy ấn tượng trong việc phát triển công nghệ năng lượng sạch trên toàn cầu IEA nhấn mạnh, những phát triển then chốt là nghiên cứu, phát triển và khai thác các công nghệ năng lượng sạch, bao gồm năng lượng tái sinh, năng lượng hạt nhân, nhiêu liệu sinh học, hiệu quả năng lượng, phương tiện vận tải chạy điện, thu và trữ khí CO2 cũng như hiện trạng triển khai các nguồn năng lượng trên toàn cầu Kể từ năm 1990, tổng công suất phát điện từ nguồn năng lượng tái sinh đã tăng trung bình hàng năm 2,7 % Tăng nhanh nhất là điện mặt trời (điện năng phát ra tăng bình quân hàng năm từ pin mặt trời (photovoltaic – PV) là 60% và từ các nhà máy nhiệt điện tập trung từ mặt trời (concentraing solar thermal power – CSP) là 43 %, kế đến

là điện gió: 25% và nhiên liệu sinh học tăng 17% hàng năm) Dù năng lượng tái sinh có nhược điểm là hiệu suất khai thác kém và không ổn định Ví dụ như: năng lượng mặt trời chỉ khai thác vào ban ngày, thủy điện phải có đủ nước và gió không

phải lúc nào cũng đủ mạnh để chạy các turbine … nhưng năng lượng tái sinh vẫn đang được đầu tư nghiên cứu, khuyến khích sử dụng trên toàn thế giới nhằm giảm phụ thuộc vào dầu mỏ, giảm ô nhiễm môi trường Ít nhất 10 nước trên thế giới đã

có thị trường quy mô lớn trong nước về năng lượng mặt trời, năng lượng gió Năng lượng gió đã có sự phát triển đầy ấn tượng trong thập kỷ qua với tổng công suất phát điện trên toàn cầu cuối năm 2010 đạt 194 GW, tăng 10 lần so với mức 17 GW vào cuối những năm 2000 Ngoài ra, năng lượng nhiệt cũng là một nguồn năng lượng đáng chú ý bởi sự đa dạng về nguồn cung cấp đầu vào cho các thiết bị nhiệt điện Các nhà khoa học đang cố gắng phát triển các công nghệ mới có thể tận dụng các nguồn nhiệt nhỏ Điển hình như cơ thể chúng ta phát ra nhiệt độ khác với nhiệt

độ của môi trường, máy sưởi, ô tô, máy điều hòa, các máy công nghiệp, các lò đốt…Đó là các nguồn cung cấp nhiệt nhỏ lẻ, ít được quan tâm Tuy nhiên nếu tận dụng và gom nhặt các năng lượng hao phí này để tái sử dụng là một cách giải quyết đáng kể cho nhu cầu năng lượng của loài người tương lai

Việc chuyển đổi nhiệt thành điện đã được giới thiệu bởi Seebeck năm 1817 với một số vật liệu như sắt, đồng, chì và Bismuth (Bi) vv…[13] Ông cũng khám phá một chuỗi dài các vật liệu như vậy được gọi là chuỗi Seebeck để chọn vật liệu nhiệt điện cần thiết trên cơ sở mật độ điện tử Việc lắp ráp hai vật liệu khác nhau (nối hai vật liệu bởi các dây dẫn, được hàn kín ở hai đầu) và có sự chênh lệch nhiệt

độ giữa hai mối hàn được gọi là cặp nhiệt điện Thông thường một mối hàn được giữ ở nhiệt độ không đổi, còn mối hàn còn lại đặt trong môi trường cần đo Chúng tạo ra một điện thế nhỏ giữa hai mối nối của cặp nhiệt điện Đây có thể coi là một

mô hình máy phát điện quy mô nhỏ Các mô hình nhiệt điện chủ yếu dựa trên ba hiệu hứng nhiệt điện chính là hiệu ứng Seebeck, Peltier, và Thomson Tuy đã được khám phá ra từ thế kỷ 19, nhưng tại thời điểm đó, các nhà khoa học không tìm kiếm được vật liệu thích hợp cho quy mô máy phát nhiệt điện Đa số các vật liệu đều có

hệ số nhiệt điện khác không, chúng vẫn là quá nhỏ để có thể sử dụng Tìm kiếm một vật liệu có chi phí thấp cũng là một vấn đề Trải qua quá trình phát triển gần

200 năm, đến thế kỷ 21 công nghệ nano ra đời đã cho thấy nhiều vật liệu thấp chiều

như Bi2Te3 có hệ số nhiệt điện cao và khả thi cho việc ứng đụng các máy nhiệt điện vào thực tế

Ngày nay, vật liệu nhiệt điện dần đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật chuyển đổi năng lượng, chúng có những ưu điểm [13,19,20]:

- Công nghệ này là ổn định và hoàn toàn không gây bất kỳ loại ô nhiễm môi trường và những tác dụng ngoại cảnh

- Hoạt động của nó là dễ dàng và không có sử dụng bộ phận chuyển động nên không gây tiếng ồn

- Tất cả các vật liệu nhiệt điện không có tính phóng xạ độc hại và là một trong những đặc điểm cần thiết của hệ thống sinh thái thân thiện

- Vật liệu nhiệt điện rất đa dạng, có sẵn (tất cả các kim loại, phi kim loại và chất bán dẫn); có nghĩa là vật liệu nhiệt điện có thể được lựa chọn theo thứ tự các yêu cầu về chi phí, kích thước, điều kiện vật lý và hóa học vv

- Các con chip điện tử có kích thước nhỏ cũng có thể được tạo ra bằng công nghệ nano và công nghệ màng mỏng

- Các nguồn nhiệt điện rất linh hoạt và có khả năng hoạt động ở nhiệt độ cao

Đại lượng đặc trưng cho hiệu suất của vật liệu chuyển hóa năng lượng nhiệt thành năng lượng điện là hệ số phẩm chất (figure of merit), Z Vật liệu có khả năng ứng dụng trong thực tế phải có ZT >1 và hoạt động ổn định trong vùng nhiệt độ làm việc Các vật liệu có hệ số phẩm chất đáp ứng yêu cầu thực tế là

Bi2Te3, Sb2Te3, Sb2Se3 được sử dụng rộng rãi ở nhiệt độ phòng Từ những năm

1960 trở lại đây, có rất nhiều nhóm các nhà khoa học đi sâu vào nghiên cứu hiện tượng nhiệt điện của các vật liệu bán dẫn loại n và loại p Những nhà nghiên cứu

đã cố gắng tìm cách làm tăng hệ số phẩm chất Z cũng như tích số ZT của vật liệu ở nhiệt độ cao và nhiệt độ phòng bằng nhiều phương pháp chế tạo khác nhau cũng như thay đổi thành phần của vật liệu Tìm cách đưa chúng vào ứng dụng ở các điều kiện, kích thước khác nhau Nhiều vật liệu nhiệt điện có hệ số phẩm chất cao đã được tìm ra Một trong những vật liệu được lựa chọn hàng đầu đó là Bi2Te3 dạng màng nano cho kết quả khả quan về chỉ số chất lượng (ZTmax ~1,5) Tại bộ môn

Vật lí Nhiệt độ thấp Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – ĐHQGHN, nhóm chúng tôi cũng đã tìm hiểu ảnh hưởng của điều kiện chế tạo nên việc hình thành tinh thể Bi2Te3 bằng phương pháp lắng đọng điện hóa Bi2Te3 là một chất bán dẫn, một hợp chất của bismuth (Bi) và tellurium (Te) còn được gọi là bismuth (III) telluride Trong tự nhiên Bi2Te3 rất hiếm và thường tồn tại ở dạng hợp chất của Bi-Te-S-(Se) Để tổng hợp Bi2Te3 ta có thể cho bismuth và tellurium vào trong một ống thạch anh ở điều kiện chân không (nếu bị rò rỉ có thể phát nổ) và làm nóng đến

800oC trong lò nung (phương pháp Gradient – Freeze) Tuy nhiên các phương pháp thông thường rất tốn kém và không chế tạo được Bi2Te3 dưới dạng màng mỏng Để giải quyết các vấn đề trên thì nhóm chúng tôi sử dụng phương pháp lắng đọng điện hóa Một phương pháp đã được các nhóm nghiên cứu sử dụng để chế tạo các loại màng mỏng Do có ưu điểm cơ bản là đơn giản, tiêu tốn ít năng lượng, nguyên liệu cho sản phẩm là các màng đủ tiêu chuẩn Trong luận văn tôi đi tìm hiểu về ảnh hưởng của các điều kiện chế tạo tinh thể Bi2Te3 như : Dung môi hòa tan Bi, Te và

Bi2Te3, thế làm việc của các điện cực, nhiệt độ của dung môi … Nội dung luận văn gồm 3 phần chính:

Chương 1 – Tổng quan về nhiệt điện

Chương 2 – Phương pháp thực nghiệm

Chương 3 – Kết quả và thảo luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHIỆT ĐIỆN

1.1 Hiện tượng và hiệu ứng nhiệt điện

Hiên tượng nhiệt điện là sự chuyển đổi trực tiếp năng luợng nhiệt thành năng lượng điện và ngược lại Hiện tượng này có thể được sử dụng để tạo ra điện,

đo nhiệt độ hay làm thay đổi nhiệt độ của một vật

Có ba hiệu ứng nhiệt điện được biết đến là: hiệu ứng Seebeck, hiệu ứng Peltier và hiệu ứng Thomson

Hình 1.1 Sơ đồ cặp nhiệt điện

Hình 1.1 Mô tả cách tạo ra suất điện động từ một "lắp ráp" của hai kim loại khác nhau được gọi là cặp nhiệt điện Trong vật lý bán dẫn, khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu của một bán dẫn bất kỳ (có thể là loại n hoặc loại p) thì do cơ

liệu làm xuất hiện một điện trường khối Điện trường này sẽ thúc đẩy quá trình cuốn hạt tải theo chiều ngược lại, do đó sẽ ngăn cản quá trình khuếch tán tiếp theo Khi trạng thái cân bằng giữa hai quá trình được thiết lập sẽ hình thành một suất điện động giữa hai đầu bán dẫn Giá trị của suất điện động được xác định thông qua biểu thức:

S(T)dT (1.1)

  

trong đó:  là suất điện động giữa hai đầu bán dẫn;

S là hệ số Seebeck Dấu của S là dấu âm hay dương là tùy thuộc vào bán dẫn là loại n hay p

Xét về bản chất thì sự xuất hiện của suất điện động là do ba yếu tố:

1) Sự xuất hiện của dòng hạt tải có huớng trong lòng vật liệu khi có sự chênh lệch gradient nhiệt độ Dòng hạt tải dịch chuyển từ đầu nóng có năng lượng lớn hơn tới đầu lạnh hình thành nên thế nhiệt điện động thể tích Hệ số

Seebeck tương ứng với loại thế nhiệt điện động này là S V

2) Sự thay đổi vị trí mức Fermi theo nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì có sự giảm mức Fermi Ở đầu lạnh mức Fermi cao hơn ở đầu nóng, dẫn tới nồng độ điện tử linh động ở đây lớn hơn ở đầu lạnh Thế nhiệt động hình thành từ

nguyên nhân này là thế nhiệt động tiếp xúc, hệ số Seebeck đuợc kí hiệu là S K

3) Sự kích thích hạt tải điện bởi các phonon nhiệt Khi tồn tại gradient nhiệt độ hiện tượng trôi các phonon nhiệt từ đầu nóng sang đầu lạnh xuất hiện Xác suất tán xạ của các điện tử trên các phonon tăng, cuốn theo sự dịch chuyển của các hạt tải điện với vận tốc bằng vận tốc dịch chuyển của các

phonon Hệ số Seebeck của hệ ở nhiệt độ thấp do tác dụng của phonon nhiệt S P hàng chục, cho tới hàng trăm lần lớn hơn S V và S K Hệ số Seebeck tổng cộng

được xác định qua biểu thức: S = S V + S K +S P

Điện thế V tạo ra bởi hiệu ứng này có thể tính theo công thức:

nhiệt độ; T1, T2 là nhiệt độ của hai mối hàn Hệ số Seebeck không phải là một hàm tuyến tính theo nhiệt độ, nó phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của vật dẫn, vật liệu Nếu hệ số Seebeck không thay đổi trong dải nhiệt độ đo, công thức (1.2) có thể viết lại gần đúng như sau:

V(SBS ).(TA 2T ) (1.3)1Hiệu ứng Seebeck được sử dụng trong cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ Cặp nhiệt điện mắc nối tiếp tạo thành pin nhiệt điện do điện thế của từng cặp nhiệt điện là rất nhỏ

1.1.2 Hiệu ứng Peltier

Hiệu ứng Peltier là hiện tượng đảo ngược của hiệu ứng Seebeck, khi một dòng điện qua mạch chứa hai kim loại khác nhau thì một đầu bị nung nóng ở nhiệt độ T2 cao hơn và đầu còn lại hấp thụ nhiệt độ T1 thấp hơn Tức là chỗ nối còn lại bị làm lạnh, hiệu ứng làm lạnh này là cơ sở lý thuyết cho việc chế tạo các máy làm lạnh Dòng nhiệt PeltierQ



hấp thụ bởi đầu có nhiệt độ thấp hơn

trên một đơn vị thời gian bằng:

Nếu có dòng điện J đi qua vật dẫn đồng nhất có tính đến hiệu ứng Thomson, nhiệt lượng Q tỏa ra trên một đơn vị thể tích là:

trong đó: ρ là điện trở suất của vật dẫn, dT/dx

là sự biến thiên nhiệt độ dọc theo vật dẫn và

μ là hệ số Thomson Số hạng đầu tiên trong

biểu thức (1.5) là nhiệt lượng Joule Số hạng

thứ hai của (1.5) là nhiệt lượng Thomson, phụ

thuộc vào chiều của dòng điện J

Hệ số Thomson được xác định như

* Mối liên hệ giữa các hệ số nhiệt điện

Năm 1854, Lord Kelvin đã tìm ra

mối liên hệ giữa ba hệ số này Biểu thức Thomson thứ nhất như sau:

dS

T (1.7)dT

 

trong đó: T là nhiệt độ tuyệt đối, μ là hệ số Thomson, S là hệ số Seebeck

Biểu thức Thomson thứ hai có dạng sau:

Độ dẫn điện là nghịch đảo của điện trở suất, ρ:

(1.10)

 

1

trong hệ SI, σ có đơn vị chuẩn là S/m (Siemens trên mét), ngoài ra các đơn vị biến

Đối với vật liệu có tính chất nhiệt điện, độ dẫn điện sẽ có những đặc tính khác so với các vật liệu dẫn điện kim loại hay bán dẫn thông thường

1.2.2 Hệ số dẫn nhiệt (κ)

Dẫn nhiệt là sự truyền nhiệt giữa các phần tử lân cận trong một chất do sự chênh lệch nhiệt độ Dẫn nhiệt diễn ra trong tất cả các dạng vật chất như rắn, lỏng, khí và plasma

Mối quan hệ giữa vector dòng nhiệt JQ với vector gradient nhiệt độ, có biểu thức như sau:

J Q   T (1.11)

JQ   T (1.12)

Dấu (-) thể hiện hai vector ngược chiều nhau

Khi biết trường nhiệt độ T(x, y, z, τ) có thể tính được công suất nhiệt Q(W) dẫn qua mặt S (m2) trong thời gian τ (s) như sau:

W / mK ( )T

 

Trong đó, JQ là dòng nhiệt ở trạng thái cân bằng

Hệ số dẫn nhiệt của một vật dẫn rắn bao gồm: dẫn nhiệt do điện tử và dẫn nhiệt do mạng tinh thể, có dạng: κ = κe + κlatt, với κe, κlatt tương ứng là độ dẫn nhiệt của điện tử và độ dẫn nhiệt của mạng tinh thể Trong các vật liệu dẫn điện theo cơ chế điện tử thì khi tăng độ dẫn điện sẽ làm tăng độ dẫn nhiệt của điện tử,

do đó hệ số phẩm chất Z sẽ không tăng lên được

Để làm giảm độ dẫn nhiệt của mạng tinh thể, người ta thường tạo ra vật

liệu có cấu trúc giam giữ phonon (phonon blocking) Các vật liệu loại này thường

có dạng lớp (layer) hoặc dạng siêu cấu trúc (superlattice)

S dT (1.17)

  2

 là thế nhiệt điện động riêng hay còn được gọi là hệ số Seebeck Hệ

số Seebeck, kí hiệu là S hoặc α của một vật liệu đo độ lớn của điện thế tạo ra khi

có sự chênh lệch nhiệt độ, có đơn vị là V/K Trong nhiều trường hợp hay dùng đơn

vị μV/K Sự thay đổi thế nhiệt động ΔV tương ứng với sự thay đổi nhỏ của nhiệt độ

ΔT được gọi là hệ số Seebeck vi sai:

1.2.4 Nhiệt độ trung hòa và sự đảo ngược nhiệt độ

Hình 1.3 cho thấy sự thay đổi của suất điện động vào nhiệt độ là một đường parabol Nhiệt độ tại điểm mà suất điện động đạt giá trị lớn nhất gọi là nhiệt độ trung hòa "θn" và nhiệt độ đường giao nhau điểm nóng và suất điện động gọi là nhiệt độ của đảo ngược "θi" Nhiệt độ trung hòa và đảo ngược được xác đinh theo công thức:

c

t (1.19)

   

2trong đó, tc là nhiệt độ tại điểm nối lạnh

Hình 1.3 Parabol sự biến đổi của suất điện động với gradient nhiệt độ

1.2.5 Hệ số phẩm chất (Figure of Merit)

Với vật liệu nhiệt điện, tiêu chuẩn quan trọng nhất để đánh giá khả năng ứng dụng của nó là chỉ số chất lượng (ZT), là khả năng của một loại vật liệu chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng Biểu thức của ZT (Rowe D.M., 1995) là :

trong đó  là hệ số Seeback ở V K/ ,là độ dẫn diện của vật liệu nhiệt điện ở

Sm-1 và  là độ dẫn điện của vật liệu ở Wk-1m-1

Hệ số chất lượng của một cặp nhiệt điện có thể được tính toán từ các thông

số của vật liệu nhiệt điện được lựa chọn:

là gradient nhiệt độ, t là thời gian các

dòng nhiệt, A là điện tích mặt cắt ngang của vật liệu nhiệt điện với độ dày x

2 Độ dẫn điện của vật liệu nhiệt điện

( )RS

1.2.6 Năng lượng nhiệt

Độ lớn của điện áp nhiệt điện khi có sự chênh lệch về nhiệt độ trên các vật liệu nhiệt điện gọi là năng lượng nhiệt Nếu độ chênh lệch nhiệt độ của hai đầu vật liệu là ΔT thì năng lượng nhiệt điện của các vật liệu được xác định bằng công thức :

trong đó Vlà điện áp đặt vào

1.3 Một số lý thuyết về nhiệt điện

Có hai giả thiết cơ bản về lý thuyết nhiệt điện:

(a) Lý thuyết phonon Drag

Trong lý thuyết này các phonon được coi là hạt mang nhiệt Phonon luôn luôn không ở trạng thái cân bằng nhiệt, nó chuyển động theo gradient nhiệt Chúng mất xung lượng bởi tương tác với các điện tử (hoặc các dịch chuyển khác) và sự

không hoàn hảo trong tinh thể Nếu sự tương tác phonon – điện tử là chủ yếu, các phonon có xu hướng đẩy các electron vào một phía của vật liệu, mất dần động lượng trong quá trình này Điều này góp phần việc hình thành nhiệt điện Đóng góp này là quan trọng nhất trong vùng nhiệt độ nơi tán xạ phonon – điện tử là chủ yếu Điều này xảy ra với T ≈ (1/5)θD, trong đó θD là nhiệt độ Debye Ở nhiệt độ thấp có

ít phonon có sẵn cho lực cản và ở nhiệt độ cao hơn họ có xu hướng mất động lượng trong phonon-phonon thay vì tán xạ tán xạ phonon-điện tử

(b) Lý thuyết khuếch tán

Lý thuyết này có liên quan đến nồng độ của vật liệu nhiệt điện Theo lý thuyết này, khi hai đầu của một của dây dẫn được giữ ở nhiệt độ khác nhau; các các phần tử nóng được khuếch tán từ đầu nóng đến đầu lạnh và các phần tử lanh lan tỏa

từ lạnh đến nóng Khuếch tán này dẫn đến dòng nhiệt mà còn là dòng điện do dòng chảy của các hạt mang điện Khuếch tán này tạo ra mật độ cao hơn của các hạt mang điện ở một đầu lớn hơn đầu kia Vì vậy, nó dẫn đến sự chênh lệch điện thế, còn được gọi là điện trường Khuếch tán của các hạt mang điện bị ảnh hưởng bởi chuyển động của chúng theo chiều ngược nhau, không hoàn hảo, tạp chất và những thay đổi về cấu trúc Vì vậy năng lượng nhiệt là tập hợp các thông số ảnh hưởng lên vật liệu

1.4 Ứng dụng của máy nhiệt điện

Các nhà nghiên cứu theo định hướng cải thiện các thế hệ máy nhiệt điện với

sự ra đời của các vật liệu mới, hoạt động theo nhiều hướng khác nhau, khả năng dẫn nhiệt, tính dẫn nhiệt, khả năng chịu được sự thay đổi nhiệt độ cao hơn…Điều này đã được thể hiện qua việc sản lượng điện của máy phát nhiệt điện thương mại dao động từ mW đến kW (Riffat S.B và cộng sự, 2003 [16]; Rowe D.M., 1999 [22]) Một modun nhiệt điện chuẩn bao gồm 71 cặp nhiệt điện với kích thước 75

mm2 có thể cung cấp sản lượng điện khoảng 19 W (Riffat S.B và cộng sự, 2003) [16] Việc tạo ra năng lượng nhiệt điện tối đa phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa các bản nóng và lạnh của modun, thông số kỹ thuật, chiều dài, diện tích mặt cắt ngang, diện tích tiếp xúc, điện trở suất, khả năng dẫn điện … (Rowe D.M và cộng sự, 1998) [20]

Tận dụng nhiệt từ nguồn nước nóng

Một nghiên cứu đã cho thấy rằng các máy phát nhiệt điện có thể được sử dụng trong các nguồn nước nóng được sinh ra từ việc làm mát động cơ, lò hơi, hơi nước địa nhiệt… (Rowe, DM 2006) [19] Một số công trình nghiên cứu cho thấy, khi modun nhiệt điện làm bằng PbTe khi hoạt động ở nhiệt độ cực nóng là 5000C

và cực lạnh là 500C sau đó tạo ra 50W

Ta có thể sử dụng một máy phát nhiệt điện để sản xuất điện từ nhiệt độ bề mặt của bếp lò dao động từ 100oC đến 300oC (373 K – 573 K) Trên bề mặt của một bếp lò có nhiệt độ khoảng 500K ta có thể tạo ra năng lượng điện khoảng 100

W với vật liệu FeSi2 (sử dụng với bếp lò do sự ổn định ở nhiệt độ cao), PbTe (có ưu điểm về công suất và hệ số ZT); hay Bi2Te3

Nhiệt từ các nhà máy công nghiệp

Máy phát nhiệt điện cũng được áp dụng trong việc sử dụng nhiệt thải từ các nhà máy sản xuất thép Một lượng lớn nước làm mát thường được thải ra ở nhiệt

độ 900oC khi hoạt động với mục đích làm mát cho nhà máy thép Báo cáo của Rowe D.M (2006) [19] chỉ ra rằng tổng số điện năng có thể sản xuất từ nhiệt thải của nhà máy thép là khoảng 8 MW bằng cách sử dụng các modun nhiệt điện chế tạo bằng vật liệu Bi2Te3

Hình 1 4 Ảnh của một máy phát nhiệt điện sản xuất năng lượng (Weiling L và

Nhiệt từ các lò đốt chất thải

Khả năng của việc sử dụng nhiệt từ việc đốt chất thải rắn đô thị cũng đã được xem xét Điều này được thực hiện bởi Rowe D.M (2006) khi nhiệt độ từ các

lò đốt rác dao động trong khoảng 823 đến 973 K Chúng ta có thể thu được 426

kW điện năng khi đốt 100 tấn chất chất thải rắn trong 16 giờ

Hình 1.5 Ảnh của một máy phát nhiệt điện sản xuất bởi Trung tâm bảo tồn năng lượng Nhật Bản (the Japanese Energy Conservation Centre), sử dụng nhiệt thải là nguồn năng lượng để tạo ra mật độ điện 100 kW/m 3 (Weiling và cộng sự., 2004)

[23]

Nhiệt thải cấp độ vi mô

Một công trình sáng chế dược thực hiện bởi Fleurial và cộng sự (2002) [5] tìm hiểu thiết kế của một thiết bị nhiệt điện vi mô giúp vận hành linh kiện điện tử Thiết bị này bao gồm một chất nền có khả năng dẫn nhiệt cao như kim cương được đặt tiếp xúc với vùng nhiệt độ cao Trong modun này một màng mỏng hợp kim

Bi2Te3 được đặt trong vùng tiếp xúc của nhiệt độ cao và thấp, chênh lệch nhiệt độ được hình thành để tạo ra năng lượng nhiệt điện

Hình 1.6 Hình thu nhỏ của máy phát điện (Basel Ismail và cộng sự, 2009)[8]

Hình 1.7 Sơ đồ của máy phát nhiệt điện vi mô có thể được sử dụng để chuyển đổi nhiệt thải thành điện năng để điều khiển một con chip điện tử (Fleurial JP và cộng

sự, 2002)[5]

Ngoài ra còn một máy phát nhiệt điện vi mô được đề xuất bởi Glatz W và cộng sự (2006) [6] cho các bề mặt không phẳng Máy phát điện này được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng điện hóa của Cu và Ni trong một khuôn polymer dẻo

dày 190 µm trên khuyên mẫu photolithographic SU – 8 Điều này được kiểm tra trong công trình nghiên cứu cho thấy khi sự chênh lệch nhiệt độ là 0,12 K tại bề mặt của máy phát nhiệt điện thì máy tạo ra 12 ± 1,1 nW/ cm2 Sơ đồ của máy phát nhiệt điện này được mô tả trong hình 1.12

Hình 1.8 Sơ đồ của máy phát nhiệt điện vi mô có thể được sử dụng để chuyển đổi nhiệt thải thành điện năng để điều khiển một con chíp điện tử (Glatz W và cộng

sự, 2006)[6]

Nhiệt từ khí thải ô tô

Việc sử dụng năng lượng nhiệt thải (hao phí) từ khí thải của quá trình đốt cháy nhiên liệu trong xe ô tô cũng là một ứng dụng mới của thiết bị sử dụng nhiệt điện Một động cơ xăng mất khoảng 30% năng lượng nhiên liệu tiêu thụ bị lãng phí dưới dạng nhiệt và xả trong không khí

1.5 Các loại vật liệu nhiệt điện

Vật liệu nhiệt điện cho ứng dụng làm cặp nhiệt điện chủ yếu là kim loại, có

hệ số Seebeck và hoạt động ở những vùng nhiệt độ khác nhau

Vật liệu cho việc chuyển hóa năng lượng nhiệt thành năng lượng điện chủ yếu là các hợp kim bán dẫn, đòi hỏi có ZT ≈ 1 Thời gian gần đây, các hệ oxit chứa Coban (Co) cũng cho ZT > 1 và có độ dẫn nhiệt thấp Hệ vật liệu pervoskite

và các biến thể của nó cũng là những ứng cử viên trong nghiên cứu và tìm kiếm vật liệu có hệ số phẩm chất ZT cao, hoạt động ở vùng nhiệt độ cao

1.5.1 Vật liệu nhiệt điện

Vật liệu nhiệt điện cho đến giờ được sử dụng cho ứng dụng thực tế là

Bi2Te3, PbTe và Si1-xGex, Bi2Te3 cho hiệu suất cao nhất ở nhiệt độ phòng và được

sử dụng cho các ứng làm lạnh như phần tử làm lạnh Peltier PbTe cho hiệu suất cao nhất ở 500- 600K, và Si1-xGex cao nhất gần 1000K [12,20]

Bismuth telluride (Bi2Te3) được biết bởi hệ số Seebeck cao (200 V/K),

độ, nhưng luôn nằm trong khoảng từ 1 đến 3x1020 cm-3 cho SiGe loại n, và khoảng từ 2 đến 4x1020cm-3 cho SiGe loại p

Dãy Seebeck

Nhà khoa học vĩ đại Thomson Johann Seebeck (nhà vật lý người Đức) đã giới thiệu về chuỗi Seebeck (năm 1821) của một số vật liệu để chỉ ra hướng và độ lớn của dòng nhiệt điện qua cặp nhiệt điện

Dưới đây là dãy nhiệt điện :

Antimony (Sb), Iron (Fe), Cadmium (Cd), Zinc (Zn), Silver (Ag), Gold (Au), Chromium (Cr), Strontium (Sn), Lead (Pb), Mercury (Hg), Manganese (Mn), Copper (Cu), Platinum (Pt), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Bismuth (Bi)

Dãy các vật liệu trên rất hữu ích giúp định hình sự kết hợp các vật liệu của một cặp nhiệt điện (để tạo ra năng lượng nhiệt cần thiết), hiện nay một lượng lớn các vật liệu (hợp kim, chất bán dẫn, màng mỏng và các cấu hình ba lớp ) khác với dãy trên cũng được sử dụng để tạo ra vật liệu nhiệt điện

Sự phát triển của vật liệu nhiệt điện

Hình 1.9 Mô tả sự phát triển của ZT theo thời gian Vật liệu nhiệt điện làm mát được thể hiện bằng dấu chấm màu xanh, vật liệu phát điện thể hiện bằng dấu tam

giác đỏ

1.5.2 Vật liệu Bi2Te3

Kể từ khi được phát hiện cách đây gần 60 năm, trong một thí nghiệm làm giảm nhiệt độ, Peltier sử dụng một cặp nhiệt điện kết hợp giữa bismuth và telluride (Bi2Te3) Hợp chất Bi2Te3 đã được phát hiện là có tiềm năng trong việc chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng và ngược lại Hợp chất này đã được sử dụng rộng rãi trong các việc xây dựng các modun nhiệt điện Việc xây dựng các modun nhiệt điện đã được cải thiện về hiệu suất đều đặn cho đến nay Từ những khám phá ban đầu do một số yếu tố về nhiệt độ, mà ngày nay chúng thường xuất hiện ở dạng không thứ nguyên của nó, tương ứng với hệ số phẩm chất ZT Hệ số phẩm chất đã tăng từ 0,5 đến những giá trị lớn hơn (~1,5)

Ngay từ đầu các nhà nghiên cứu đã nhận ra rằng, cần phải tối ưu hóa nồng

độ hạt tải mang điện tích, bằng cách pha trộn với hợp chất để cải thiện tính đẫn điện, nhiệt Trong trường hợp chỉ có một loại hạt mang điện là điện tử hoặc lỗ trống, khi nhiệt độ giảm thì độ dẫn tăng Các hệ số Seebeck và độ dẫn điện được kết hợp qua biểu thức  2 , được gọi là hệ số công suất Đối với vật liệu nhiệt điện, việc làm tăng hệ số công suất càng lớn càng tốt Hầu hết các cải tiến đầu tiên là làm giảm các thành phần mạng của độ đẫn nhiệt L Điều này đạt được thông qua việc kết hợp bismuth telluride với các hợp chất của telluride antimony và selenua bismuth Việc tăng cường sự tán xạ phonon trong các vật liệu dạng rắn thường không kèm theo sự suy giảm sự di chuyển của các hạt mang điện

Trong những năm gần đây, việc giảm độ dẫn điện mạng tinh thể đã thu được bằng việc áp dụng các cấu trúc nano Hệ số công suất đã được cải thiện thông qua các hiệu ứng lượng tử, bắt nguồn từ phonon tán xạ trên ranh giới của hạt có kích thước nano Nói cách khác, cấu trúc nano có ảnh hưởng đến độ dẫn điện của mạng tinh thể hơn là việc thay đổi thành phần pha tạp Hệ số phẩm chất thu được trong vật liệu có kích thước nano cũng tương tự như sử dụng hiệu ứng Seebeck, hay hiệu ứng Peltier Như vậy, trong một chừng mực nào đó, hợp kim bismuth telluride là những vật liệu tốt ở nhiệt độ phòng Nó cũng là vật liệu chuyển đổi nhiệt thành điện tốt, ít nhất là gần với nhiệt độ này

Bismuth Tellurium (Bi2Te3) là một loại bột màu xám, đây là một hợp chất bismuth và tellurium (còn được gọi là bismuth (III) telluride) Nó là một chất bán dẫn, khi tạo thành hợp kim với antimon (Sb) hoặc selenium (Se) trở thành một vật liệu làm lạnh cho hệ nhiệt điện Bi2Te3 cũng được biết đến như một chất cách điện topo, và thể hiện nhiều tính chất vật lý phụ thuộc vào độ dày

Bismuth tellurium có nhóm không gian là R – 3m, trục lục giác (cấu trúc rhombohedrat) Các mô hình lục giác vạch ra cấu trức phân lớp của vật liệu, và tế bào đơn vị có các hằng số mạng tinh thể

o

a 4 38 và , A c30 36 tại 77K Các hệ , Ao

số giãn nở nhiệt tương ứng là 14,4 x 10-6 K-1 và 21,3 x 10-6 K-1 Bi2Te3 có mật độ khối lượng 7,86g.cm3 và nhiệt độ nóng chảy là 858K

Hình 1.10 Hình dạng và cấu trúc của tinh thể Bi 2 Te 3 (Bi - đỏ; Te – vàng)

Bismuth tellurium là một vật liệu hấp dẫn cho các ứng dụng nhiệt điện, chất cách nhiệt và cách điện topo Hiệu quả của nó được dự kiến sẽ được cải thiện đáng

kể khi các vật liệu có cấu trúc nano Tuy nhiên, khi ở kích thước nano nó rất khó

để đạt được chất lượng tốt, hình thái học bề mặt không đạt như mong muốn Trên thế giới, các nhà khoa học đã áp dụng các phương pháp khác nhau để tạo ra màng

Bi2Te3 có kích nano và đã có được những bước tiến đáng kể khi hệ số chất lượng (ZT) ngày càng tăng

Vật liệu Bi2Te3 được chế tạo và ứng dụng theo các phương pháp khác nhau bởi các nhóm nghiên cứu trên thế giới như:

Phương pháp OFF – ON: Là phương chế tạo dây nano Bi2Te3 Sau khi được phún xạ các dây nano được tổng hợp theo phương pháp OFF – ON

Hình 1.11 Sơ đồ biểu diễn phương pháp tổng hợp dây nano Bi 2 Te 3

Phương pháp Gradient-Freeze: Từ vật liệu Bi, Te ban đầu, hỗn hợp Bi, Te

theo thành phần hợp thức được cho vào ống thạch anh hàn kín hai đầu với áp suất

1 x 10-5 Torr Hỗn hợp được nung nóng chảy ở 610oC trong 12 giờ và làm lạnh đến nhiệt nhiệt độ phòng Quá trình được lặp lại 3 lần và có sự đảo đầu ống để tạo ra

sự đồng nhất trong quá trình nung vật liệu Cuối cùng đơn tinh thể được nuôi với tốc độ 1,25 mm/giờ và với gradient nhiệt độ là 40 K/cm

Tại Việt Nam, đến thời điểm hiện tại các nhóm nghiên cứu vẫn đang dừng lại ở việc chế tạo vật liệu Bi2Te3 dạng khối [2] Trong luận văn này, chúng tôi sẽ

sử dụng phương pháp lắng đọng điện hóa (Electrodeposition) để chế tạo màng

Bi Te Phương pháp sẽ được trình bày cụ thể trong chương 2 của luận văn

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1 Phương pháp Vol-Ampe vòng (Cyclic Voltammetry - CV)

Cùng với sự phát triển và trưởng thành của ngành điện hóa, hàng loạt các phương pháp nghiên cứu về cơ chế điện hóa đã được hình thành Trong đó, phương pháp Vol-Ampe vòng là một trong những phương pháp tỏ ra rất hữu hiệu Phương pháp Vol-Ampe vòng là thí nghiệm điện hóa về thế - điều khiển “thuận nghịch” ở

đó một chu kỳ thế quét đặt lên điện cực và dòng phản ứng được quan sát Đường cong đặc trưng Vol-Ampe vòng có thể cung cấp các thông tin về động học và nhiệt động học quá trình dịch chuyển điện tử cũng như kết quả của quá trình này

Hình 2.1 Mô hình tổng quan của thí nghiệm CV

Trong phép đo Vol-Ampe vòng, điện thế biến thiên tuyến tính theo thời gian:

EE ivt (quá trình thuận) (2.1)

EE svt (quá trình nghịch) (2.2)

Thường người ta ghi dòng như hàm số của điện thế Vì điện thế biến thiên tuyến tính nên cách ghi trên cũng tương đương với ghi dòng theo thời gian Dòng điện tại điện cực làm việc được sinh ra bởi sự dịch chuyển của các điện tử gọi là dòng Faraday Một điện cực phụ, hay điện cực đếm (Counter Electrode - CE) được điều khiển bởi mạch ổn áp để cân bằng với quá trình Faraday tại điện cực làm việc với sự dịch chuyển của các điện tử theo hướng ngược lại (ví dụ, nếu tại điện cực làm việc (Working Electrode - WE) là quá trình khử thì ở CE sẽ xảy ra quá trình oxi hóa)

Xét quá trình khử: O + ne → R

Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn quan hệ dòng-thế trong quá trình khử

Nếu quét từ điện thế đầu tiên φ đ dương hơn điện thế điện cực tiêu chuẩn danh nghĩa '

0

 thì chỉ có dòng Faraday đi qua Khi điện thế đạt tới '

0

thì sự khử bắt đầu và có dòng Faraday đi qua Điện thế càng dịch về phía âm, nồng độ bề mặt chất oxy hóa giảm xuống và sự khuếch tán tăng lên, do đó dòng điện cũng tăng lên Khi nồng độ chất oxy hóa giảm xuống đến không ở sát bề mặt điện cực thì dòng điện cực đại, sau đó lại giảm xuống vì nồng độ chất oxy hóa trong dung dịch bị giảm xuống (hình 2.2)

Khi quét thế ngược lại về phía dương, chất khử (R) bị oxy hóa thành chất oxy hóa (O) khi điện thế quay về đến '

0

và dòng anốt đi qua (hình 2.3)

Sự kết hợp nhiều chu trình đôi khi cũng được sử dụng, nhưng trong nhiều trường hợp nó sẽ không cho ta được nhiều thông tin như một chu trình đơn Các phản ứng điện hóa chúng ta cần quan tâm đều diễn ra tại điện cực làm việc